(57)【要約】【課題】スピン注入反転電流の温度依存性が小さく、安定したスピン注入磁化反転による書き込みを行うことを可能にする。【解決手段】磁化の方向が膜面に略垂直で可変な磁性層を有する磁気記録層２と、磁化方向が膜面に略垂直であって磁化の方向が不変であるかまたは磁気記録層に比べて大きな磁化反転磁界を有する磁気参照層６と、磁気記録層と磁気参照層との間に設けられた非磁性層４と、を備え、磁気記録層は、垂直磁気異方性を有する第１磁性層２２と、面内磁気異方性を有し第１磁性層と交換結合する第２磁性層２１とを含み、第２磁性層のキュリー温度が、第１磁性層のキュリー温度よりも低く、磁気記録層と磁気参照層との間で膜面に略垂直な方向に電流を流すことにより、スピン偏極した電子を磁気記録層に作用させ、磁気記録層の磁化の方向を可変とする。【選択図】図４
2010219412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化の方向が膜面に略垂直で可変な磁性層を有する磁気記録層と、
磁化方向が膜面に略垂直であって磁化の方向が不変であるかまたは前記磁気記録層に比べて大きな磁化反転磁界を有する磁気参照層と、
前記磁気記録層と前記磁気参照層との間に設けられた非磁性層と、
を備え、
前記磁気記録層は、垂直磁気異方性を有する第１磁性層と、面内磁気異方性を有し前記第１磁性層と交換結合する第２磁性層とを含み、前記第２磁性層のキュリー温度が、前記第１磁性層のキュリー温度よりも低く、
前記磁気記録層と前記磁気参照層との間で膜面に略垂直な方向に電流を流すことにより、スピン偏極した電子を前記磁気記録層に作用させ、前記磁気記録層の磁化の方向を可変とすることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第２磁性層は、前記第１磁性層に対して前記非磁性層と反対側に設けられることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記磁気記録層は、前記非磁性層と前記第１磁性層との間に、前記第１磁性層および前記第２磁性層よりもスピン分極率が高い第３磁性層を更に備えていることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第１磁性層はＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの群から選択された少なくとも一つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ａｕの群から選択された少なくとも一つの元素とを含む強磁性金属間化合物から構成され、前記第２磁性層はＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの群から選択された少なくとも一つの元素と、Ｍｎ、Ｖ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌの群から選択された少なくとも一つの元素とを含む強磁性合金から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１磁性層は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの群から選択された少なくとも一つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ａｕの群から選択された少なくとも一つの元素とを含む強磁性金属間化合物から構成され、前記第２磁性層はＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの群から選択された少なくとも一つの元素と、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｓｍ、Ｍｎ、Ｖの群から選択された少なくとも一つの元素とを含むフェリ磁性体合金またはフェリ磁性体金属間化合物から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の一端に接続される第１の配線と、
前記磁気抵抗効果素子の他端に接続される第２の配線と、
を備えていることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子と前記第１の配線との間に設けられた選択トランジスタを備えていることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子および磁気ランダムアクセスメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々なタイプの固体磁気メモリが提案されている。近年では、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive）効果を示す磁気抵抗効果素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）が提案されており、特に、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magneto Resistive）効果を示す強磁性トンネル接合を用いた磁気ランダムアクセスメモリに注目が集まっている。
【０００３】
強磁性トンネル接合を有するＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子は、主に、第１の強磁性層／絶縁層／第２の強磁性層の積層構造を有している。そして、読み出し時に、絶縁層をトンネルして電流が流れる。この場合、接合抵抗値は、第１および第２の強磁性層の磁化の相対角の余弦に応じて変化する。従って、強磁性トンネル接合の抵抗値は、第１および第２の強磁性層の磁化が平行のときに極小値、反平行のときに極大値をとる。これを、上述するＴＭＲ効果と呼ぶ。このＴＭＲ効果による抵抗値の変化は、室温において３００％を超える場合もある。
【０００４】
強磁性トンネル接合を磁気メモリ素子として備えているメモリセルにおいては、少なくとも１つの強磁性層を磁気参照層（あるいは磁気固定層、基準層、またはピン層ともいう）とみなして、その磁化方向を固定し、他の強磁性層を記録層（あるいは磁気記録層、自由層、または可変層ともいう）とする。このメモリセルにおいて、磁気参照層と磁気記録層の磁化の配置が平行状態または反平行状態に対し、２進情報の“０”、“１”を対応づけることで情報が記憶される。記録情報の書き込みは、このメモリセルに対し別に設けた書き込み配線に電流を流して発生する磁場により磁気記録層の磁化を反転させる（電流磁場反転方式）。または、素子に直接通電することにより、磁気参照層から注入されるスピントルクにより磁気記録層の磁化を反転させる（スピン注入磁化反転方式（例えば、特許文献１参照））。読み出しは、強磁性トンネル接合に電流を流し、ＴＭＲ効果による抵抗変化を検出することで行われる。このようなメモリセルを多数配置することで磁気メモリが構成される。実際の構成については、任意のセルを選択できるように、例えばＤＲＡＭと同様に各セルに対しスイッチングトランジスタを配置し、周辺回路を組み込んで構成される。
【０００５】
大容量メモリを実現するには、素子を微細化し、チップ内におけるセル占有度を上昇させることが必要となる。スピン注入磁化反転方式は、従来の電流磁場反転方式に比べて情報書き込みに必要な電流が非常に小さく、大容量磁気メモリを実現するために適した書込み方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，２５６，２２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スピン注入反転磁化方式の磁気メモリを実用上用いるには、素子に印加する書き込み電流が温度によって変化しないことが望ましい。これは、書き込み電流が大きな温度依存性を持つ場合には、書き込み電流を温度ごとに調整する回路が必要となり、メモリのセル面積が上昇するためである。
【０００８】
従来の、膜面に略平行な磁化（面内磁化）を持つ磁性膜の形状磁気異方性を利用した、電流磁場反転方式の磁気メモリでは、磁気異方性が主に飽和磁化に比例する。ここで、磁性層の飽和磁化の温度依存性はブリルアン関数で記述されるため、室温付近では温度依存性が小さい。したがって、磁気異方性の温度依存性は小さく、反転に必要な電流磁場の温度依存性は小さく、大きな問題とはなっていなかった。
【０００９】
しかしながら、一般に、膜面に略垂直な磁化（垂直磁化）を用いたスピン注入反転方式の場合、スピン注入反転に必要なエネルギーは素子の持つ磁気異方性に比例するため、例えば車載用メモリに必要な氷点下から１５０℃程度までの温度を保証することが困難であり、問題として残されている。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、スピン注入反転電流の温度依存性が小さく、安定したスピン注入磁化反転による書き込みが可能な磁気抵抗効果素子および磁気ランダムアクセスメモリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様による磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が膜面に略垂直で可変な磁性層を有する磁気記録層と、磁化方向が膜面に略垂直であって磁化の方向が不変であるかまたは前記磁気記録層に比べて大きな磁化反転磁界を有する磁気参照層と、前記磁気記録層と前記磁気参照層との間に設けられた非磁性層と、を備え、前記磁気記録層は、垂直磁気異方性を有する第１磁性層と、面内磁気異方性を有し前記第１磁性層と交換結合する第２磁性層とを含み、前記第２磁性層のキュリー温度が、前記第１磁性層のキュリー温度よりも低く、前記磁気記録層と前記磁気参照層との間で膜面に略垂直な方向に電流を流すことにより、スピン偏極した電子を前記磁気記録層に作用させ、前記磁気記録層の磁化の方向を可変とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の態様による磁気ランダムアクセスメモリは、第１の態様による磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の一端に接続される第１の配線と、前記磁気抵抗効果素子の他端に接続される第２の配線と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スピン注入反転電流の温度依存性が小さく、安定したスピン注入磁化反転による書き込みを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】各実施形態の磁気抵抗効果素子に用いられる磁気記録層を示す断面図。
【図２】各実施形態において用いられる磁気記録層の磁気異方性エネルギーの温度依存性を示す図。
【図３】Ｆｅ−Ｃｒ合金のキュリー温度のＣｒ組成依存性を示す図。
【図４】第１実施形態によるスピン注入反転型磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図５】第２実施形態によるスピン注入反転型磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図６】本発明の一実施形態によるスピン注入反転型磁気ランダムアクセスメモリの電流発生回路を示す図。
【図７】第３実施形態による磁気ランダムアクセスメモリを示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を説明する前に、各実施形態の磁気抵抗効果素子に用いられる磁気記録層の構成について図１を参照して説明する。各実施形態の磁気抵抗効果素子は、磁気記録層と、磁気参照層と、上記磁気記録層と上記磁気参照層との間に設けられる非磁性材料からなるトンネルバリア層とを備えている。各実施形態の磁気抵抗効果素子に用いられる磁気記録層２を図１に示す。この磁気記録層２は、面内磁気異方性（磁化容易軸が膜面に略平行である磁気異方性）を有しキュリー点が低い磁性層２１と、垂直磁気異方性（磁化容易軸が膜面に略垂直である磁気異方性）を有する磁性層２２とを備え、磁性層２１と磁性層２２とが交換結合している。
【００１６】
通常、垂直磁気異方性は面内磁気異方性に比べて大きいため、垂直磁気異方性を有する磁性層２２と面内磁気異方性を有する磁性層２１とを交換結合させると、通常大きな垂直磁気異方性により、面内磁気異方性を有する磁性層２１の磁化は図１に示すように面垂直方向を向く。ここで、面垂直方向とは、磁性層の上面に略垂直な方向を意味する。
【００１７】
このような構成を有している磁気記録層２全体の垂直磁気異方性Ｋｕｅｆｆは以下の式で表される。
【数１】
2010219412.tif 000003
ここで、Ｋｕ２は磁性層２２の垂直磁気異方性、Ｖ１とＶ２はそれぞれ磁性層２１と磁性層２２の体積、Ｍｓ１とＭｓ２はそれぞれ磁性層２１と磁性層２２の飽和磁化を表す。
【００１８】
一般に、温度が上昇すると磁性層２２の垂直磁気異方性Ｋｕ２が低下する。そして、磁性層２１のキュリー温度が磁性層２２のキュリー温度よりも小さい場合には、磁性層２１の飽和磁化Ｍｓ１は磁性層２２の飽和磁化Ｍｓ２に比べて急激に低下する。このため、温度が上昇したときには、（１）式より分かるように、垂直磁気異方性Ｋｕｅｆｆの変化は、磁気記録層２において、磁性層２２が単一の磁性層として存在する場合、すなわち磁性層２１が存在しない場合に比べて、温度変化が小さくなる。これは、（１）式で示したように、磁気記録層２の垂直磁気異方性Ｋｕｅｆｆは飽和磁化Ｍｓが小さいほど大きくなるからである。すなわち、磁性層２１は、磁性層２２の磁気異方性に関する温度特性の劣化を改善する（調整）することが可能となる。これを、図２を参照して説明する。
【００１９】
図２は、磁気記録層２が磁性層２２を単一の磁性層として有している場合（単層構造の場合）と、磁性層２１と磁性層２２とが積層された構造を有しそれらが交換結合している場合（積層構造の場合）の、磁気記録層２の規格化した垂直磁気異方性Ｋｕｅｆｆの温度依存性の計算結果を示す図である。ここでは、磁性層２１のキュリー温度は２００℃、飽和磁化Ｍｓ１は１０００ｅｍｕ／ｃｃ、磁性層２２のキュリー温度は７００℃、飽和磁化Ｍｓ２は５００ｅｍｕｃ／ｃｃとし、磁性層２１と磁性層２２の体積比Ｖ１／Ｖ２は１／４としている。図２よりわかるように、室温２５℃から８５℃までの、垂直磁気異方性Ｋｕｅｆｆの温度変化率は、単層構造の場合が８６％であるに対して、積層構造の場合には９７％である。磁性層２１が存在すると、磁気記録層２の垂直磁気異方性Ｋｕｅｆｆの温度変化が明確に小さくなることがわかる。この磁気記録層２のスピン注入反転電流は以下の（２）式で表される。
【数２】
2010219412.tif 000004
ここで、ｅは素電荷、αｄａｍｐはダンピング定数、Ｖ２は磁性層２２の体積、ｈバーはプランク定数ｈを２πで割った値でディラック定数を表し、ｇ（θ）は以下の（３）式で表される。
【数３】
2010219412.tif 000005
ここで、Ｐは偏極度、θは磁気記録層と磁気参照層の磁化の相対角度を表す。
【００２０】
通常、スピン注入反転電流は、磁気記録層２の垂直磁気異方性Ｋｕｅｆｆに比例するため、例えば、図１に示す積層構造の磁気記録層を用いれば、磁気記録層２の垂直磁気異方性Ｋｕｅｆｆの温度変化が小さいため、実用上必要とされる広範な温度範囲でスピン注入反転電流の変化が小さいメモリを実現することができる。
【００２１】
本発明の各実施形態で用いる磁気記録層２の構成例として、以下のような組み合わせが考えられる。上記積層構造を有する磁気記録層２の面内磁気異方性をもつ磁性層２１がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの群から選択された少なくとも一つの元素と、Ｍｎ、Ｖ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌの群から選択された少なくとも一つの非磁性元素とを含む強磁性合金から構成されることが好ましい。また、  磁気記録層２の垂直磁気異方性をもつ磁性層２２がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれかの元素と少なくともＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ａｕのうち一つの元素を含む強磁性金属間化合物で構成されることが好ましい。
【００２２】
一般に、強磁性体にＣｒのような非磁性元素を混入すると、キュリー温度が低下するため、各実施形態の磁気記録層２に必要なキュリー温度が小さい面内磁気異方性を有する磁性層を実現することができる。一例としてＦｅに対してＣｒを添加した場合のキュリー温度のＣｒ組成依存性を図３に示す（例えば、磁性体ハンドブック、１９７５、朝倉書店）。図３からわかるように、面内磁気異方性を有する磁性層２１の母材物質としてＦｅを用い、Ｃｒを添加物とする場合には、Ｃｒを５０％〜６０％程度添加することにより、本発明の各実施形態の磁気記録層２に必要な、磁気異方性の温度依存性が小さい面内磁気異方性を有する磁性層２１を実現することが可能である。また、上記磁気記録層２の面内磁気異方性を有する磁性層２１がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの群から選択された少なくとも一つの元素と、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｓｍ、Ｍｎ、Ｖの群から選択された少なくとも一つの元素とを含むフェリ磁性体合金ないしはフェリ磁性体金属間化合物から構成されるものでもよい。一般に、強磁性体に希土類元素や、一部の遷移金属元素を混入すると、フェリ磁性体が形成され、そのキュリー温度は強磁性体よりも小さい傾向をもつ。したがって、本発明の各実施形態で必要とされる、キュリー温度が小さい面内磁気異方性を有する磁性層２１を実現することができる。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による磁気抵抗効果素子を図４に示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、磁化の方向が可変でかつこの磁化の方向により情報を記録する磁気記録層２と、磁化方向が膜面に略垂直であって磁化の方向が不変であるかまたは磁気記録層２に比べて大きな磁化反転磁界を有する磁気参照層６と、磁気記録層２と磁気参照層６との間に設けられるトンネルバリア層４と、を備えている。磁気記録層２は、面内磁気異方性を有する磁性層２１と、垂直磁気異方性を有する磁性層２２と、を備えている。磁性層２１と磁性層２２とは交換結合をしている。そして、磁性層２１は磁性層２２よりもキュリー温度が低い。
【００２４】
本実施形態においては、磁気記録層２の磁化の向きを磁気参照層６の磁化に向きに対して略平行（同じ向き）から略反平行（逆の向き）にする場合は、磁気記録層２からトンネルバリア層４を通して磁気参照層６にスピン偏極した電子（電流とは逆向き）を流せばよい。この場合、磁気記録層２からトンネルバリア層４を通して磁気参照層６にスピン偏極した電子を流すと、磁気参照層６の磁化の向きと同じ向きのスピン偏極した電子は磁気参照層６を通過する。しかし、磁気参照層６の磁化の向きと逆の向きのスピン偏極した電子は磁気参照層６によって反射され、トンネルバリア層４を通って磁気記録層２に流入し、磁気記録層２の磁化を反転させるように作用する。
【００２５】
また、磁気記録層２の磁化の向きを磁気参照層６の磁化に向きに対して略反平行から略平行にする場合は、磁気参照層６からトンネルバリア層４を通して磁気記録層２にスピン偏極した電子（電流とは逆向き）を流せばよい。この場合、磁気記録層２の磁化の向きと同じ向きのスピン偏極した電子は磁気記録層２を通過する。しかし、磁気記録層２の磁化の向きと逆の向きのスピン偏極した電子は、磁気記録層２の磁化を反転させるように作用する。
【００２６】
このような構成としたことにより、面内磁気異方性を有する磁性層２１は磁性層２２の磁気異方性に関する温度特性を改善することが可能となり、スピン注入反転電流の温度依存性が小さく、安定したスピン注入磁化反転による書き込みを行うことができる。
【００２７】
なお、図４に示す磁気抵抗効果素子１は、磁性層２２、磁性層２１、トンネルバリア層４、磁気参照層６がこの順序で積層された構造を有しているが、逆に積層された構造であってもよい。すなわち、磁気参照層６、トンネルバリア層４、磁性層２１、磁性層２２がこの順序で積層された構造であってもよい。トンネルバリア層４はＭｇＯやＡｌＯｘなどの非磁性層から構成される。また、磁化参照層６は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの群から選択された少なくとも一つの元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ａｕの群から選択された少なくとも一つの元素とを含む強磁性金属間化合物から構成されることが好ましい。
【００２８】
本実施形態においては、磁性層２２の磁気異方性に関する温度特性を改善する磁性層２１は、図４に示すようにトンネルバリア層４に隣接して配置されているが、磁性層２１は、磁性層２２に対してトンネルバリア層４と反対側に設けてもよい。この場合は、磁性層２１、磁性層２２、トンネルバリア層４、磁気参照層６がこの順序で積層された積層構造となる。また、この積層構造の積層順を逆にしてもよい。このように、磁性層２１を、磁性層２２に対してトンネルバリア層４と反対側に設けた場合は、面内磁気異方性を有する磁性層２１に非磁性金属を添加することにより磁性層２１のスピン分極率が落ちても、十分なＴＭＲ効果が発現しないことを防止することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、スピン注入反転電流の温度依存性が小さく、安定したスピン注入磁化反転による書き込みを行うことができる。
【００３０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による磁気抵抗効果素子を図５に示す。本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、磁化の方向が可変でかつこの磁化の方向により情報を記録する磁気記録層２と、磁化方向が膜面に略垂直であって磁化の方向が不変であるかまたは磁気記録層２に比べて大きな磁化反転磁界を有する磁気参照層６と、磁気記録層２と磁気参照層６との間に設けられるトンネルバリア層４と、を備えている。磁気記録層２は、面内磁気異方性を有する磁性層２１と、垂直磁気異方性を有する磁性層２２と、磁性層２１および磁性層２２よりも高いスピン分極率を有する磁性層２３と、を備えている。磁性層２１と磁性層２２とは交換結合をしている。そして、磁性層２１は磁性層２２よりもキュリー温度が低い。
【００３１】
高いスピン分極率を有する磁性層２３はトンネルバリア層４側に設けられる。すなわち、本実施形態の磁気抵抗効果素子１においては、図５に示すように、磁性層２１、磁性層２１２、磁性層２３、トンネルバリア層４、磁気参照層６がこの順序で積層された構造を有しているが、逆に積層された構造であってもよい。すなわち、磁気参照層６、トンネルバリア層４、磁性層２３、磁性層２２、磁性層２１がこの順序で積層された構造であってもよい。このように、高いスピン分極率（例えば０．４以上のスピン分極率）を有する磁性層２３をトンネルバリア層４側に設けることにより、十分なＴＭＲ効果を発現することができる。
【００３２】
トンネルバリア層４はＭｇＯやＡｌＯｘ等の非磁性層から構成される。また、高いスピン分極率を有する磁性層２３としては、面内磁気異方性を有していてもよいし、垂直磁気異方性を有していてもよい。高いスピン分極率を有する磁性層２３としては、例えばＣｏＦｅＢ合金、ＣｏＦｅ合金、ＦｅもしくはＬ２１規則構造を持つホイスラー合金などを用いることができる。
【００３３】
本実施形態も第１実施形態と同様に、面内磁気異方性を有する磁性層２１は磁性層２２の磁気異方性に関する温度特性を改善することが可能となり、スピン注入反転電流の温度依存性が小さく、安定したスピン注入磁化反転による書き込みを行うことができる。
【００３４】
以上説明したように、上記実施形態で説明した積層構造の磁気記録層２を用いることにより、スピン注入反転電流の温度依存性を抑えることができる。しかしながら、若干の温度依存性を持つ場合には、磁気ランダムアクセスメモリの書き込み電流を発生する定電流発生回路に、一般的な温度不変回路（ＢＧＲ(Band Gap Reference)）を用いた温度補償回路を組み込めば良い。図６に、温度補償回路を用いたスピン注入反転方式の磁気ランダムアクセスメモリの回路構成を示す。まず、作動増幅回路２４の入力端子に温度不変な出力電圧をもつ温度不変回路２０と、トランジスタなどの既知の温度依存性をもつ出力電圧をもつ素子２２を連結する。更に作動増幅回路２４の出力を定電流発生回路２６に連結し、作動増幅回路２４からの入力電圧に比例して定電流発生回路２６の出力電流を変化させれば、所望の温度依存性をもつスピン注入書き込み電流を発生させることができる。予め、磁気メモリセルＭＣが要する書き込み電流の温度依存性を測定し、作動増幅回路２４の出力電圧を書き込み電流の温度依存性をキャンセルするように調整しておけば、スピン注入反転磁化方式の磁気メモリを実現することが可能である。
【００３５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）を図７に示す。本実施形態のＭＲＡＭは、マトリクス状に配列されたメモリセルＭＣを有するメモリセルアレイ３０を備えている。そして、各メモリセルＭＣは、第１乃至第３実施形態のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子１として備えている。
【００３６】
また、メモリセルアレイ３０には、それぞれが列（カラム）方向に延在するように、複数のビット線対ＢＬ，／ＢＬが配置されている。また、メモリセルアレイ３０には、それぞれが行（ロウ）方向に延在するように、複数のワード線ＷＬが配置されている。
【００３７】
ビット線ＢＬとワード線ＷＬとの交差部分には、前述したメモリセルＭＣが配置されている。各メモリセルＭＣは、磁気抵抗効果素子１と選択トランジスタ３１とにより構成されている。磁気抵抗効果素子１の一端は、ビット線ＢＬに接続されている。磁気抵抗効果素子１の他端は、選択トランジスタ３１のドレイン端子に接続されている。選択トランジスタ３１のゲート端子は、ワード線ＷＬに接続されている。選択トランジスタ３１のソース端子は、ビット線／ＢＬに接続されている。
【００３８】
ワード線ＷＬには、ロウデコーダ３２が接続されている。ビット線対ＢＬ，／ＢＬには、書き込み回路３４および読み出し回路３５が接続されている。書き込み回路３４および読み出し回路３５には、カラムデコーダ３３が接続されている。各メモリセルＭＣは、ロウデコーダ３２およびカラムデコーダ３３により選択される。
【００３９】
メモリセルＭＣへのデータ書き込みは、以下のように行われる。先ず、データ書き込みを行なうメモリセルＭＣを選択するために、このメモリセルＭＣに接続されたワード線ＷＬが活性化される。これにより、選択トランジスタ３１がオンする。
【００４０】
ここで、磁気抵抗効果素子１には、双方向の書き込み電流Ｉｗが供給される。具体的には、磁気抵抗効果素子１に左から右へ書き込み電流Ｉｗを供給する場合、書き込み回路３４は、ビット線ＢＬに正の電位を印加し、ビット線／ＢＬに接地電位を印加する。また、磁気抵抗効果素子１に右から左へ書き込み電流Ｉｗを供給する場合、書き込み回路３４は、ビット線／ＢＬに正の電位を印加し、ビット線ＢＬに接地電位を印加する。このようにして、メモリセルＭＣにデータ“０”或いはデータ“１”を書き込むことができる。
【００４１】
メモリセルＭＣからのデータ読み出しは、以下のように行われる。先ず、メモリセルＭＣが選択される。読み出し回路３５は、磁気抵抗効果素子１に、例えば右から左へ流れる読み出し電流Ｉｒを供給する。そして、読み出し回路３５は、この読み出し電流Ｉｒに基づいて、磁気抵抗効果素子１の抵抗値を検出する。このようにして、磁気抵抗効果素子１に記憶された情報を読み出すことができる。
【００４２】
以上説明したように本実施形態によれば、上記第１乃至第２実施形態で示した磁気抵抗効果素子１を用いてＭＲＡＭを構成することができる。また、上記第１乃至第２実施形態で示した磁気抵抗効果素子１を用いることで、スピン注入反転電流の温度依存性が小さく、安定したスピン注入磁化反転による書き込みを行うことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  磁気抵抗効果素子
２  磁気記録層
２１  面内磁気異方性を有する磁性層
２２  垂直磁気異方性を有する磁性層
２３  高いスピン分極率を有する磁性層
４  トンネルバリア層
６  磁化参照層
３０  メモリセルアレイ
３１  選択トランジスタ
３２  ロウデコーダ
３３  カラムデコーダ
３４  書き込み回路
３５  読み出し回路
ＭＣ  メモリセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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